El vicepresidente de la Comisión Europea, Maroš Šefčovič, afirmó que en 2025 la Unión Europea podrá producir suficientes baterías para alimentar sus vehículos eléctricos, que están creciendo rápidamente, lo que eliminará la necesidad de depender de baterías importadas.
Como parte de su plan para alcanzar la “neutralidad climática” en 2050, la UE pretende aumentar la producción local en industrias ecológicas, lo que incluye el combustible de hidrógeno para la producción de acero con bajas emisiones de carbono y baterías para vehículos de nueva energía.
En la actualidad, aproximadamente 801 TP3T de la producción mundial de baterías de iones de litio se realiza en China, pero según el plan de la UE, la capacidad de producción de baterías de iones de litio de Europa se expandirá rápidamente.
Actualmente hay 15 grandes fábricas de baterías en construcción en Europa, incluidas las de la empresa sueca Northvolt en Suecia y Alemania, las del fabricante de baterías chino CATL en Alemania y la segunda fábrica de la empresa surcoreana SK Innovation en Hungría.
La Comisión Europea espera que en 2025 haya 13 millones de coches de bajas emisiones en las carreteras europeas, lo que requerirá más inversiones.
1. Materiales del cátodo
Óxido de litio y cobalto (LiCoO₂)
Características: Tiene una alta densidad de energía, lo que le permite almacenar más electricidad en la batería. Su plataforma de descarga es estable y la salida de voltaje permanece relativamente constante, lo que garantiza un suministro de energía estable para el dispositivo durante su uso. Por ejemplo, se usa ampliamente en productos electrónicos 3C, como los primeros teléfonos inteligentes.
Escenario de aplicación:Las baterías de iones de litio se utilizan principalmente para dispositivos electrónicos pequeños, como teléfonos móviles y ordenadores portátiles. Sin embargo, debido a la escasez de recursos de cobalto, las grandes fluctuaciones de precios y ciertos riesgos ambientales y de seguridad, su uso en campos de baterías a gran escala (por ejemplo, vehículos eléctricos) es limitado.
Óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC, LiNiₓMnₓCo₁ – ₂ₓO₂)
Características:Al ajustar la proporción de níquel (Ni), manganeso (Mn) y cobalto (Co), se puede equilibrar la densidad energética, la vida útil y la seguridad de la batería. Por ejemplo, un mayor contenido de níquel aumenta la densidad energética, mientras que agregar manganeso ayuda a mejorar la seguridad y la estabilidad de la batería.
Escenarios de aplicación:Se utilizan ampliamente en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía. Por ejemplo, modelos como el Tesla Model 3 utilizan baterías NMC, que cumplen con los requisitos de largo alcance de los vehículos eléctricos y, al mismo tiempo, garantizan la seguridad y la longevidad de la batería.
Fosfato de hierro y litio (LiFePO₄)
Características:Ofrece una buena estabilidad térmica, lo que lo hace relativamente seguro en entornos de alta temperatura y menos propenso a situaciones peligrosas como el descontrol térmico. También tiene un ciclo de vida prolongado, con una disminución más lenta de la capacidad después de múltiples cargas y descargas. Sin embargo, su densidad de energía es relativamente baja, lo que significa que puede no almacenar tanta electricidad como otros materiales de cátodo del mismo volumen o peso.
Escenarios de aplicación:Debido a su alta seguridad y a su larga vida útil, se utiliza ampliamente en aplicaciones que requieren estos atributos, como autobuses eléctricos y centrales eléctricas de almacenamiento de energía. Por ejemplo, algunos de los autobuses eléctricos de BYD utilizan baterías de fosfato de hierro y litio, lo que proporciona una solución energética segura y confiable para el transporte público urbano.
Óxido de litio y manganeso (LiMn₂O₄)
Características:Tiene un bajo costo, abundantes recursos y un proceso de fabricación relativamente simple, lo que lo hace rentable. También tiene un rendimiento de alta velocidad, capaz de cargar y descargar grandes cantidades de corriente en poco tiempo, lo que lo hace adecuado para escenarios que requieren una carga rápida o una salida de alta potencia. Sin embargo, su ciclo de vida y su rendimiento a alta temperatura son relativamente pobres.
Escenarios de aplicación:Se utiliza comúnmente en herramientas eléctricas, vehículos eléctricos livianos y otros equipos sensibles a los costos y que tienen requisitos específicos para el rendimiento de la batería.
2. Materiales del ánodo
Grafito
Características:El grafito incluye variedades tanto naturales como artificiales. Tiene buena conductividad y una estructura en capas, lo que proporciona canales de inserción y extracción eficientes para los iones de litio, lo que permite que los procesos de carga y descarga de la batería se realicen sin problemas. Además, los materiales de grafito tienen una buena estabilidad química y pueden mantener un rendimiento relativamente estable en el entorno operativo de la batería.
Escenarios de aplicación:El grafito es el más utilizado. ánodo material que se encuentra comúnmente en diversas baterías de iones de litio, desde baterías de teléfonos móviles hasta baterías de vehículos eléctricos.
Materiales a base de silicio
Características:El silicio tiene una capacidad específica teórica extremadamente alta. Puede almacenar más iones de litio que el grafito, lo que mejora significativamente la densidad energética de la batería. Sin embargo, el silicio sufre grandes cambios de volumen durante el proceso de carga y descarga. Esto puede provocar la formación de polvo y el desprendimiento de los materiales de los electrodos, lo que afecta la vida útil de la batería y la estabilidad del rendimiento.
Escenarios de aplicación:Con los continuos avances tecnológicos, la aplicación de materiales a base de silicio en baterías de iones de litio de alto rendimiento ha ganado atención. Las instituciones de investigación y las empresas están trabajando en el desarrollo de materiales de ánodo compuestos de silicio y carbono para baterías de alta densidad energética de próxima generación. Se espera que se utilicen ampliamente en futuros vehículos eléctricos y dispositivos electrónicos de alta gama.
Titanato de litio (Li₄Ti₅O₁₂)
Características:El titanato de litio es un material que no sufre tensiones. Durante el proceso de inserción y extracción de iones de litio, el volumen del material del electrodo apenas cambia, lo que proporciona una excelente vida útil y la capacidad de soportar múltiples ciclos de carga y descarga. También tiene una alta seguridad y un buen rendimiento de velocidad, lo que permite una carga y descarga rápidas. Sin embargo, su densidad de energía es relativamente baja.
Escenarios de aplicación:Se utiliza principalmente en aplicaciones que requieren una gran duración de batería y seguridad, como sistemas de almacenamiento de energía y vehículos eléctricos especializados.
3. Electrolito
Carbonatos orgánicos
Características: Carbonatos orgánicos de uso común, como el carbonato de etileno (EC) y el carbonato de propileno (PC). Tienen buena solubilidad y pueden disolver completamente las sales de litio, lo que garantiza que el electrolito tenga una alta conductividad iónica. Estos carbonatos también tienen buena estabilidad electroquímica y permanecen estables dentro del rango de voltaje operativo de la batería. Y no se descomponen ni reaccionan de manera que afecten el rendimiento de la batería.
Escenarios de aplicaciónLos carbonatos orgánicos son el componente principal de los electrolitos de las baterías de iones de litio y se utilizan ampliamente en varios tipos de baterías de iones de litio.
Sales de litio
Características:El hexafluorofosfato de litio (LiPF₆) es la sal de litio más utilizada. Proporciona iones de litio en el electrolito y tiene buena conductividad iónica en disolventes orgánicos adecuados. Sin embargo, es sensible a la humedad y se descompone fácilmente cuando se expone al agua, por lo que los niveles de humedad deben controlarse cuidadosamente durante la producción y el uso de la batería.
Escenarios de aplicación:Como componente clave del electrolito, las sales de litio se utilizan para preparar electrolitos para diversas baterías de iones de litio y son esenciales para garantizar el correcto funcionamiento de la batería.
4. Materiales del diafragma
Poliolefinas (como polietileno PE, polipropileno PP)
Características:Las poliolefinas tienen buenas propiedades mecánicas y pueden soportar la presión interna de la batería. Evitan el contacto directo entre los electrodos positivo y negativo, lo que podría provocar un cortocircuito. También tienen una buena humectabilidad con el electrolito. Esto garantiza la penetración adecuada del electrolito en el separador y proporciona un canal para la transmisión de iones de litio. Además, las poliolefinas presentan una buena estabilidad química y no son propensas a reaccionar con otros materiales de la batería.
Escenarios de aplicación:Las poliolefinas son los principales materiales utilizados en los separadores de baterías de iones de litio. Desempeñan un papel fundamental para garantizar tanto la seguridad como el rendimiento de diversos productos de baterías de iones de litio.
